浅谈车辆工程CAE中拓扑优化技术的应用

针对车辆工程中不同车型部件结构的特点,阐述了结构拓扑优化设计的一般流程,报告了代表性较强的相关软件应用现状与发展,包括优化过程中有限元分析模型的数据转换、分析计算、CAD优化模型提取.对提高整车零部件刚度、降低车身骨架及各零部件自重的优化分析应用研究进行了概括.实例论证了应用有限元法进行机械承载结构拓扑优化设计是一种有效的优化方法,可为机械结构及零部件轻量化设计提供重要的概念化设计参考,对今后结构优化中拓扑优化技术发展方向、应用范围及趋势作出了展望.     

大型风电机组增速齿轮箱箱体结构优化设计研究

建立一种以拓扑优化为基础的概念结构设计和以响应面法为基础的尺寸优化设计方法相结合齿轮箱箱体结构优化设计方法。针对某大型分流风电齿轮箱箱体结构进行优化设计,对比初始结合模型与轻量化几何模型,优化后质量降低0.8 t,证明该齿轮箱箱体轻量化方法可有效降低齿轮箱的质量。     

农用挖掘机动臂结构优化设计

为了对农用挖掘机进行轻量化改进以降低生产成本,以市场现有的JKW-20山地农用挖掘机挖掘装置为研究对象,对农用挖掘机挖掘装置动臂结构进行参数化建模,运用ANSYS软件对其进行拓扑优化。基于拓扑优化的新结构,设计动臂新结构变量,以动臂结构应力和质量为优化目标,寻求动臂结构尺寸最优解。通过求解结果可知：运用响应面优化法能够使得动臂结构在保持安全可靠的前提下,其质量减轻19.36%,应力降低4.35%。     

基于ABAQUS的飞机起落架扭力臂的拓扑优化

飞机起落架结构设计在满足一定结构刚度的前提下,应尽可能地轻量化。采用ABAQUS/CAE中的优化模块对起落架的扭力臂进行拓扑优化,基于条件算法建立优化任务,最终优化后的拓扑结构体积下降49.15%,最大应力下降4.09%,实现了轻量化的设计需求,为起落架的优化分析提供参考。     

方程式赛车悬架摇臂的设计及其拓扑优化

将悬架导向机构简化为平面连杆机构,进行摇臂的结构设计,通过Solid Thinking Inspire软件,对某方程式赛车悬架摇臂结构进行拓扑优化设计。在保证结构安全的前提下,通过拓扑优化原理,使摇臂轻量化,然后利用ANSYS Workbench对其分析校核。结果表明,其轻量化效果明显,且具有较高的强度和刚度。     

轮边电驱动减速系统齿轮腹板的轻量化设计

针对轮边驱动减速系统的齿轮腹板进行了轻量化设计。使用有限元仿真软件对齿轮模型进行拓扑优化,根据拓扑优化结果采用控制变量法进行轻量化设计。对不同设计方案的齿轮腹板进行有限元分析,比较不同结构的应力分布情况,得出最优的齿轮腹板轻量化设计方案。     

强夯起重机臂架结构有限元分析及优化

针对强夯起重机臂架实际工况下的应力集中、结构冗余等问题,以某新型强夯起重机为分析对象,采用UG NX及其Nastran模块建立三维模型,有限元分析计算确定多种工况载荷,得到强夯起重机在静载和动载荷作用下的位移和应力分布情况,确定应力集中和结构冗余部位,通过优化设计改善结构应力分布,减轻臂架质量并提高其力学性能。对起重和脱钩工况的优化结果表明,臂架最大应力和最大位移分别减少12.5%和6.99%,臂架质量减轻2.36%。     

油门踏板结构拓扑优化设计

目前拓扑优化设计技术广泛应用于汽车轻量化设计中。对概念设计中的油门踏板进行拓扑优化设计,得到踏板加强筋支撑结构形式,对优化设计后的结构进行强度校核计算,计算结果显示在达到预设失效载荷时,结构刚好能发生失效。使用拓扑优化设计能有效减少产品更新换代的设计时间。     

新能源客车车身结构设计及强度分析

本文采用基于有限元法的新能源客车车身机构优化设计及强度分析,结合拓扑理论,确定了汽车的结构形式,对拓扑后的车身结构进行有限元分析,保证了车身强度。分析证明:在保证车身结构强度的基础上,做到了新能源客车车身的轻量化设计,为新能源客车车身结构设计提供了一条有效途径。     

基于变密度法的约束阻尼结构拓扑优化研究

约束阻尼结构拓扑优化是轻量化设计要求下实现噪声与振动控制的关键技术。采用有限元方法建立约束阻尼结构的动力学有限元模型。基于实体各向同性材料惩罚(SIMP)插值方法,以模态损耗因子最大化为目标,约束阻尼材料用量为约束,构建约束阻尼结构的拓扑优化模型。利用伴随向量法推导了目标函数对设计变量的灵敏度,通过优化准则法对优化模型进行求解。数值结果表明:优化后约束阻尼板结构的模态损耗因子提高比基本在50%以上,且振动振幅值有明显抑制。     

基于SIMP理论的鞍座支架拓扑优化设计

以某型车辆鞍座支架为研究对象,针对其结构偏重的问题,采用拓扑优化的方法使其结构轻量化。采用基于SIMP的材料插值方法对鞍座支架进行静态强度下拓扑优化分析。然后基于拓扑优化后的模型对原有鞍座支架进行重新设计,采用有限元分析验证拓扑优化结果。结果表明,优化后的鞍座支架质量减轻了26.3%,优化后的结构强度和刚度都符合设计要求。     

重型商用车驾驶室轻量化设计

以某重型商用车驾驶室为研究对象,运用拓扑优化设计方法对该驾驶室进行轻量化分析与改进设计,并与原驾驶室的性能进行了对比。结果表明,轻量化驾驶室的结构强度、刚度和低频固有振动特性不低于原驾驶室,并使驾驶室抗前部摆锤冲击和高顶驾驶室耐顶压性能得到了改善。在不改变驾驶室结构材料特性的条件下,使驾驶室质量减小46 kg,取得了良好的轻量化效果。     

4-TPT与其变拓扑结构并联机构的特性

给出了并联机构具体可行的变拓扑结构途径.以4-TPT并联机构为例,以其串联分支为基础,依据螺旋理论研究了其中一种变拓扑实现形式,得到了数量众多的对称型与非对称型变拓扑结构并联机构.通过对该类变拓扑结构并联机构特性进行的分析、研究和对比,表明变拓扑结构并联机构的工作空间与灵巧度性能指标有了显著提高.     

后地板备胎下置的轻量化结构优化设计

通过对某车型后地板备胎安装结构的两种设计方案进行分析,详细对比了双纵梁限位式备胎安装结构和单横梁加限位支架安装结构的优缺点,同时通过CAE分析来进一步验证二者的结构设计效果,从而选出最佳的轻量化优化设计方案,以达到车身轻量化的设计目标.此外,在后续的车身相关零部件结构设计过程中,也可以参照本文的设计思路,寻求更好的轻量化设计方案,用以提高设计效率,减少开发成本.     

基于ABAQUS的飞机起落架扭力臂拓扑优化分析

起落架是飞机在起降过程中重要参与部件,也是飞机主要承重受力部分,对飞机起落架扭力臂的轻量化设计具有重要的研究意义。以飞机起落架的扭力臂为研究对象,利用仿真软件ABAQUS对其建模,导入优化设计模块,使用该软件自带的条件算法对飞机起落架扭力臂进行拓扑结构优化。拓扑优化后,与其初始设计模型相比,在承受的载荷基本不变情况下,应力减少了4%,体积减少了50%,满足扭力臂轻量化设计需求。     

基于拓扑优化和形状优化方法的主轴承盖结构设计

提出基于拓扑优化和形状优化的主轴承盖结构设计方法.在拓扑优化建模中,提出基于RAMP插值函数的ICM拓扑优化方法.在形状优化建模中,提出基于近似一差分敏度分析方法的形状优化方法.拓扑优化和形状优化模型以结构响应量为约束,体积最小化为目标,保证不同层次优化模型的承接性.针对某内燃机主轴承盖进行优化设计,优化结构分析结果表明,优化后的主轴承盖在满足结构刚度和强度条件下实现了结构体积最小化.证明提出的方法在主轴承盖结构设计中可行且有效.     

高空作业车载人作业平台臂架系统优化设计

载人作业平台在机械中应用非常广泛.文章以25m高空作业车的臂架系统为研究对象,对高空作业车和伸缩臂进行了结构分析、工况分析和强度计算.提出了臂架系统优化设计方案,为运用现代优化设计方法,如有限元分析法提供了基本参数.     

连续体结构与支撑综合拓扑优化设计方法

针对标准结构拓扑优化时支撑边界条件预先给定不变的情况,将支撑作为设计变量参与优化过程,提出了一种基于SIMP的结构与支撑综合拓扑优化设计方法.这种方法被应用到最小柔度的刚度拓扑优化设计中,进行了二维数值实验,并讨论了成本系数、弹簧原始刚度和中间支撑密度单元对结构拓扑优化分布的影响.     

拓扑优化技术暨solidthinking软件在工业中的应用

为促进3D打印技术的应用,文章以机器人旋转手臂为研究对象,分析了3D打印轻量化设计,同时利用软件实现零件拓扑结构优化,结合仿真工具对零件优化结构实现应力应变分析,进一步减轻零件的重量。     

某专用车辆车架多工况拓扑优化设计

根据某专用车辆初步确定的造型和总体布置要求,同时满足车辆在复杂的林区行驶环境中具有良好静动态特性的要求,并实现结构轻量化,利用拓扑优化设计的方法设计了某专用车辆的车架。在概念设计阶段建立了车架结构的拓扑优化设计空间,以弯曲和扭转工况下的柔度最小化为目标函数,以体积为约束条件进行单工况和多工况拓扑优化设计,得到了合理的车架拓扑结构。最后,对优化后的新车架进行了多工况静力学分析和模态分析,通过分析结果可知,新车架具有较高的强度和刚度以及良好的动态特性。